本發(fā)明公開的實施例總體涉及具有包含固體吸附劑的運動容器的吸附氣體分離器，更特別是涉及結(jié)構(gòu)細節(jié)。

背景技術(shù)：

1、大型化學(xué)分離通常使用蒸餾技術(shù)來進行。使用不同技術(shù)(例如吸附分離)來從工業(yè)排放物的稀釋氣體流中除去大量co2的需求是非常具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)問題。

2、例如，使用液體胺的吸附分離需要較大的接觸器塔，以使得co2能夠在大量氣體和含胺液體之間交換。

3、采用固體吸附劑的吸附氣體分離方法已經(jīng)開發(fā)了具有優(yōu)選的較小接觸器體積。采用快速循環(huán)濕度搖擺處理的這樣一種技術(shù)證明了從煙道氣體流中的10000公噸/年(mtpy)的合適co2分離能力。使用具有4米直徑接觸器(該接觸器包含1至2公噸(mt)的吸附劑材料)的旋轉(zhuǎn)吸附氣體分離器具有低至1分鐘的處理循環(huán)時間。不過，在這種小規(guī)模下從煙道氣中分離和提純co2在經(jīng)濟上不太可行，因為較高的投資成本vs從co2分離產(chǎn)生的潛在收入。盡管這種合適尺寸的演示證明了該方法和吸附劑系統(tǒng)的可行性，但是按比例放大機器以便執(zhí)行每年數(shù)百萬公噸的co2分離將提出新的挑戰(zhàn)。

4、吸附氣體分離方法和系統(tǒng)(例如溫度搖擺吸附、壓力搖擺吸附、真空搖擺吸附和分壓搖擺吸附)在本領(lǐng)域中已知用于多組分流體混合物的吸附氣體分離。

5、常規(guī)的溫度搖擺吸附氣體分離方法通常采用兩個基本步驟，吸附步驟和再生步驟。在吸附步驟中，供給流(例如在較低溫度下的多組分流體混合物)通常進入吸附氣體分離器，該吸附氣體分離器具有包括吸附劑材料的接觸器，其中，吸附劑材料能夠吸附供給流的目標(biāo)組分，從而使得吸附的目標(biāo)組分與供給流的剩余組分分離。然后，相對于供給流耗盡目標(biāo)組分的第一產(chǎn)物流能夠從接觸器和吸附氣體分離器中回收。也就是，在第一產(chǎn)物流中目標(biāo)組分的濃度小于在供給流中目標(biāo)組分的濃度。

6、在一個或多個隨后的再生步驟中，通常，在較高溫度下的至少一個流體流進入吸附氣體分離器和接觸器，以便增加吸附劑材料的溫度，從而使吸附的目標(biāo)組分從吸附劑材料中釋放或解吸，并允許吸附劑材料循環(huán)的重新使用。

7、然后，相對于供給流富含目標(biāo)組分的第二產(chǎn)物流能夠從接觸器和吸附氣體分離器中回收。更具體地說，在第二產(chǎn)物流中目標(biāo)組分的濃度大于在供給流中目標(biāo)組分的濃度。

8、在可選的冷卻或調(diào)節(jié)步驟中，通常，在較低溫度下的流體流進入吸附氣體分離器和接觸器，以便降低吸附劑材料的溫度，為隨后的吸附步驟做準(zhǔn)備。通常，吸附、再生和調(diào)節(jié)的步驟可以再順序地重復(fù)。

9、使用濕度搖擺吸附劑再生步驟的一些吸附氣體分離方法可以有4至8個處理步驟和在3個至6個之間的進口處理流。

10、在傳統(tǒng)的吸附氣體分離方法和系統(tǒng)中，再生吸附劑材料所消耗的能量通常能夠代表這種系統(tǒng)和方法的大部分操作成本，且這種成本通常成為廣泛采用和實施傳統(tǒng)吸附氣體分離技術(shù)的障礙。更復(fù)雜的循環(huán)通常產(chǎn)生為提高該方法的分離性能，例如使用附加的吹掃步驟，以便增加產(chǎn)物純度，或者使用多個吸附劑調(diào)節(jié)步驟，以便提高吸附劑濕度負載和吸附劑溫度的控制。

11、吸附氣體分離器可以設(shè)置有多個吸附劑床、多個吸附劑接觸器或多個區(qū)域，例如多個離散的吸附劑床或接觸器，其中，至少一個接觸器運動通過在吸附氣體分離器內(nèi)的多個基本流體分離的靜止區(qū)域，同時執(zhí)行吸附氣體分離方法的不同步驟。

12、吸附氣體分離器還可以設(shè)置成：當(dāng)吸附劑床或接觸器或區(qū)域運動時，供給吸附氣體分離器和從吸附氣體分離器中回收的各種流體流在固定位置處供給和收集。

13、具有運動或旋轉(zhuǎn)的固體吸附劑的吸附氣體分離器存在幾個設(shè)計挑戰(zhàn)，包括例如實現(xiàn)吸附氣體方法的較短循環(huán)時間，實現(xiàn)各種流體流在動態(tài)和靜態(tài)部件之間的充分密封，以及限制在吸附氣體分離器內(nèi)在床、接觸器和/或區(qū)域之間的不希望傳熱，該傳熱可能不希望地導(dǎo)致吸附氣體分離器和方法的性能降低。而且，在該裝置中的部件的熱循環(huán)可能不希望地降低一些吸附氣體分離器或吸附劑接觸器部件的預(yù)期壽命。

14、用于進行氣體分離的吸附劑的量通常與循環(huán)持續(xù)時間成反比。因此，進行快速吸附處理循環(huán)的能力對吸附氣體分離器的尺寸和方法的經(jīng)濟可行性有很大影響。

15、隨著全球?qū)o2去除的需求超過每年1gt，希望具有例如從200000mtpy至2000000mtpy的氣體分離能力的商業(yè)設(shè)備。需要用于快速循環(huán)吸附氣體分離器的有效設(shè)計，該快速循環(huán)吸附氣體分離器能夠在幾分鐘至幾十秒內(nèi)快速地運動20mt至400mt的吸附劑材料通過一組處理步驟，以便滿足所希望的全球氣體分離能力。

16、使用旋轉(zhuǎn)吸附劑輪的吸附氣體分離器的按比例放大有很多挑戰(zhàn)，包括設(shè)計盡可能輕的吸附氣體分離器的結(jié)構(gòu)，同時能夠精確和可重復(fù)地定位密封件，以及在轉(zhuǎn)子和定子的界面處的密封性能。最終結(jié)構(gòu)的尺寸也使得很難將結(jié)構(gòu)或部件運輸?shù)浆F(xiàn)場。

17、大型吸附氣體分離器的附加挑戰(zhàn)包括在吸附氣體分離器中實現(xiàn)處理和產(chǎn)物氣體流的充分密封，同時快速地切換供給吸附劑和從吸附劑中回收的流，例如在一分鐘內(nèi)，吸附劑容器可以與至少4種不同的處理流接觸。因此，用于在切換流時打開和關(guān)閉通向吸附劑容器的通道的可用時間將是很短的持續(xù)時間。

18、能夠設(shè)置小型吸附氣體分離器，其中，吸附劑包含在兩個或更多包圍件或容器中，該包圍件或容器安裝在由中心軸驅(qū)動和繞中心軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上。在包圍件或容器中的通道使得不同的流能夠流入和流出包圍件，以便與吸附劑接觸。在歐洲專利公開ep3613491a1中公開了采用壓力搖擺處理的吸附氣體分離器，其中，轉(zhuǎn)子的外徑通常小于2米。動態(tài)或運動的包圍件或容器可以有密封表面或相對面板，該密封表面或相對面板抵靠定子的靜止密封表面或靜止密封面來運動和滑動，用于形成在容器和周圍環(huán)境之間的密封以及在容器之間的密封，同時使得處理和產(chǎn)物氣體流能夠經(jīng)由密封面和相對面板流入和流出容器。大型部件(例如具有大于五米的跨度的靜止密封面和/或運動相對面板)的生產(chǎn)和部署具有挑戰(zhàn)，例如制造具有合適密封所需的緊密公差(例如，在大于大約五米的距離上小于一毫米的公差)的部件、制造和安裝的成本、以及大型部件的處理和運輸。在這種類型的吸附氣體分離器的操作過程中，保持在運動和靜止密封表面之間的對齊、各密封面或相對面板在較大跨度上的熱膨脹和收縮等方面的挑戰(zhàn)可能損害部件的有效匹配，從而導(dǎo)致處理和產(chǎn)物氣體流的泄漏。這種大型吸附氣體分離器的另一挑戰(zhàn)是施加和傳遞加速和運動吸附劑(該吸附劑的重量能夠大于大約10公噸)和相關(guān)硬件所需的動力，同時克服在靜止和運動或滑動密封表面之間的摩擦，例如運動相對面板和靜止密封面。以集中力來施加動力以使得吸附劑和相關(guān)硬件的整個重量運動通過單個點可能導(dǎo)致部件的偏轉(zhuǎn)和局部應(yīng)力，從而需要使部件的尺寸過大，這又增加了部件成本。大型吸附氣體分離器的還一挑戰(zhàn)包括由吸附氣體分離器占據(jù)的較大占地面積或面積，特別是在可用面積有限的應(yīng)用中，例如在將吸附氣體分離器添加到現(xiàn)有設(shè)施或設(shè)備(例如發(fā)電廠)的改裝應(yīng)用中。

19、吸附氣體分離器的壽命周期成本必須考慮商業(yè)操作和各種技術(shù)的接受。吸附氣體分離器的資金成本或強度能夠通過評估控制吸附劑容器的位置和運動所需的結(jié)構(gòu)量來評估。

20、吸附氣體分離器的維護可以包括更換和/或維修組件和部件，例如吸附劑材料、密封件和具有有限壽命的其他部件。脊?fàn)詈?或負載結(jié)構(gòu)以及用于處理和產(chǎn)物氣體流的導(dǎo)管通常在所有側(cè)面上包圍吸附劑氣體分離器，這限制了對組件和部件的接近以及阻礙了組件和部件的更換。對部件的受限接近導(dǎo)致復(fù)雜性、延遲以及增加停機時間，從而增加了維護的影響和成本。

21、密封在用作多流分離系統(tǒng)的運動環(huán)面之間的界面(特別是對于大半徑系統(tǒng)(例如直徑大于4米))需要對密封件的相對面的表面粗糙度有高公差。傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)密封件至少要求相對面的均方根(rms)粗糙度不超過0.4微米，具有更高的質(zhì)量密封件需要低至0.1微米或者甚至0.01微米的rms粗糙度。在操作經(jīng)濟的這種系統(tǒng)規(guī)模的較大面積上的這種極光滑表面將使得大型氣體分離系統(tǒng)的生產(chǎn)和維護非常具有挑戰(zhàn)性或很昂貴。因此，存在創(chuàng)造能夠?qū)崿F(xiàn)低泄漏速率的密封系統(tǒng)的顯著動機。解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些缺陷的密封件是本發(fā)明的主題。

22、傳統(tǒng)上，大型氣體處理設(shè)備和設(shè)施將針對單個特定應(yīng)用、處理和場所而獨特地設(shè)計和制造。還希望能夠以降低的現(xiàn)場制造成本和安裝成本來進行批量制造的模塊化設(shè)計。

23、本發(fā)明提供了用于吸附氣體分離方法和應(yīng)用的解決方案，例如，從工業(yè)、商業(yè)、處理、燃燒或煙道氣體流中分離co2，其中，希望分離出組分的氣體流具有較大氣體流速(>20000nm3/h)好較低壓力(<100kpag)。方案包括提供有效的吸附氣體分離器設(shè)計，用于使吸附劑接觸器在處理流之間運動，并回收處理流出流，而沒有顯著泄漏，以及具有新穎密封系統(tǒng)設(shè)計的新穎多流選擇器閥設(shè)計，該新穎密封系統(tǒng)設(shè)計與能夠在較大型吸附氣體分離器(例如直徑大于5m)中使用的密封系統(tǒng)設(shè)計相比能夠?qū)崿F(xiàn)較長密封壽命和較高密封性能以及較低泄漏速率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、在本發(fā)明的廣義方面中，多流選擇器閥包括：旋轉(zhuǎn)環(huán)面；一組導(dǎo)管和導(dǎo)管連接器；用于驅(qū)動器和輪的支承結(jié)構(gòu)，該支承結(jié)構(gòu)支承環(huán)面和定位該組導(dǎo)管和導(dǎo)管連接器，以便形成定子組件；以及密封組件，該密封組件包括與旋轉(zhuǎn)環(huán)面接觸的柔性耐磨密封部件，密封組件經(jīng)受摩擦。在實施例中，旋轉(zhuǎn)環(huán)面能夠附接在至少一個圓形軌道上，并由輪支承，該輪布置在固定位置，并以角度增量分布，以便同時接觸圓形軌道，該輪提供對于環(huán)面的靜態(tài)負載的反作用力，其中，至少一個輪提供用于使環(huán)面旋轉(zhuǎn)的動力。在還一實施例中，環(huán)面的至少一個面是基本平坦或成截頭錐體的形狀，并適合用作集成于其中的環(huán)面的滑動密封件或密封面的界面。

2、在本發(fā)明的另一廣義方面，一種用于環(huán)面形多流選擇器閥的滑動密封系統(tǒng)包括：內(nèi)徑柔性密封環(huán)，該內(nèi)徑柔性密封環(huán)還包括多個莫氏硬度低于4的耐磨區(qū)段；外徑柔性密封環(huán)，該外徑柔性密封環(huán)還包括多個耐磨區(qū)段，這些耐磨區(qū)段沿環(huán)面的旋轉(zhuǎn)軸線方向自由運動，具有低于4的莫氏硬度；一組推動元件，用于按壓在耐磨區(qū)段上，以便沿滑動密封面的方向施加分布力；以及徑向密封元件，該徑向密封元件布置在內(nèi)徑密封環(huán)和外徑密封環(huán)之間，并與該內(nèi)徑密封環(huán)和外徑密封環(huán)接觸，用于分離進入或離開多流選擇器閥的不同流，其中，密封系統(tǒng)能夠設(shè)置成提供用于2至20個進口流的流分離，同時防止處理流泄漏到周圍環(huán)境中或者周圍環(huán)境流體泄漏到處理流中。

3、在另一廣義方面，旋轉(zhuǎn)環(huán)面包括：至少一個圓形軌道，該圓形軌道與旋轉(zhuǎn)環(huán)面的內(nèi)徑操作連接；一組輪，該組輪布置在固定位置中，并沿內(nèi)徑以角度增量分布，用于接觸該至少一個圓形軌道，其中，該組輪適合提供對于環(huán)面的靜負載的反作用力，且該組輪中的至少一個輪適合提供用于使環(huán)面旋轉(zhuǎn)的動力，而并不由中心軸驅(qū)動或支承，其中，環(huán)面還包括至少一個基本平坦的面，該面適合用作集成在吸附分離機器或多流選擇器閥中的至少一個滑動密封件或至少一個密封面的界面。

4、還有，在本發(fā)明的另一廣義方面，吸附氣體分離器包括：旋轉(zhuǎn)環(huán)面，該旋轉(zhuǎn)環(huán)面有與旋轉(zhuǎn)環(huán)面的內(nèi)徑操作連接的至少一個圓形軌道；一組輪，該組輪布置在固定位置，并沿內(nèi)徑以角度增量分布，用于接觸該至少一個圓形軌道，其中，該組輪適合提供對于環(huán)面的靜負載的反作用力，且該組輪中的至少一個輪適合提供用于使環(huán)面旋轉(zhuǎn)的動力，而并不由中心軸驅(qū)動或支承，環(huán)面還包括至少一個基本平坦的面，該面適合用作集成在吸附分離機器或多流選擇器閥中的至少一個滑動密封件或至少一個密封面的界面。在實施例中，吸附氣體分離器還能夠包括：多個吸附劑容器，這些吸附劑容器包含吸附劑接觸器；一組導(dǎo)管和導(dǎo)管連接器；用于驅(qū)動器和輪的支承結(jié)構(gòu)，該支承結(jié)構(gòu)支承環(huán)形以及定位該組導(dǎo)管和導(dǎo)管連接器，以便形成定子組件；以及密封組件，該密封組件包括與運動環(huán)面密封面接觸的柔性耐磨密封部件，密封組件經(jīng)受摩擦，其中，吸附氣體分離器適合與用于傳送供給流的導(dǎo)管、用于傳送再生流的導(dǎo)管、用于傳送產(chǎn)物流的導(dǎo)管和用于傳送廢物流的導(dǎo)管中的至少一個連接。

5、在本發(fā)明的另一廣義方面，用于從多組分流體流中分離第一組分的吸附氣體分離器包括：環(huán)面，該環(huán)面有至少一個圓形軌道，該圓形軌道與旋轉(zhuǎn)環(huán)面的內(nèi)徑操作連接；一組輪，該組輪布置在固定位置中，并以角度增量沿內(nèi)徑分布，用于接觸該至少一個圓形軌道，其中，該組輪適合提供對于環(huán)面的靜負載的反作用力，且該組輪中的至少一個輪適合提供用于使環(huán)面旋轉(zhuǎn)的動力，而并不由中心軸驅(qū)動或支承，其中，環(huán)面還包括至少一個基本平坦面，該基本平坦面適合用作集成在吸附分離機器或多流選擇器閥中的至少一個滑動密封件或至少一個密封面的界面。在實施例中，吸附氣體分離器還包括：多個容器，其中，所述多個容器可運動，且各自容納吸附劑，該吸附劑用于從所述多組分流體中流吸附所述第一組分；至少一個定子側(cè)密封組件，該至少一個定子側(cè)密封組件有導(dǎo)管連接器、內(nèi)周邊密封件和外周邊密封件以及徑向密封件；多個馬達，用于將動力傳遞到所述多個容器；第一處理流導(dǎo)管，用于將所述多組分流體流作為供給流而引導(dǎo)到所述多個容器，其中，所述供給流導(dǎo)管基本靜止；第一產(chǎn)物流導(dǎo)管，用于引導(dǎo)從所述多個容器中回收的第一產(chǎn)物流，其中，所述第一產(chǎn)物流導(dǎo)管基本靜止；第二處理流導(dǎo)管，用于引導(dǎo)第一再生流至所述多個容器，其中，所述第一再生流導(dǎo)管基本靜止；以及第二產(chǎn)物流導(dǎo)管，用于引導(dǎo)從所述多個容器中回收的第二產(chǎn)物流，其中，所述第二產(chǎn)物流導(dǎo)管基本靜止。

6、在本發(fā)明的還一方面，吸附氣體分離器包括：旋轉(zhuǎn)組件，用于圍繞軸線旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)組件具有環(huán)面支承結(jié)構(gòu)，該環(huán)面支承結(jié)構(gòu)有位于所述旋轉(zhuǎn)組件的內(nèi)周邊上的內(nèi)側(cè)、位于所述旋轉(zhuǎn)組件的外周邊上的外側(cè)、位于所述內(nèi)側(cè)和所述外側(cè)之間的第一跨度、位于所述內(nèi)側(cè)和所述外側(cè)之間的第二跨度；多個容器，這些容器可附接在所述環(huán)面支承結(jié)構(gòu)內(nèi)，包圍固體吸附劑的，所述多個容器有與所述固體吸附劑流體連通的進口和出口；以及至少一個凸起，該凸起附接在所述旋轉(zhuǎn)組件的所述內(nèi)側(cè)上。在實施例中，吸附氣體分離器還包括：靜止組件，該靜止組件有多個驅(qū)動輪，所述多個驅(qū)動輪與多個馬達連接，用于傳遞使得所述旋轉(zhuǎn)組件繞所述軸線運動的動力；以及至少一個密封系統(tǒng)，用于引導(dǎo)進口流通過所述多個容器和從所述多個容器中回收產(chǎn)物流，該至少一個密封系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)子密封面和定子側(cè)耐磨密封組件，其中，所述靜止組件位于所述旋轉(zhuǎn)組件的所述內(nèi)側(cè)。

7、而且，在本發(fā)明的另一廣義方面，一種操作吸附氣體分離器的方法，用于從多組分流體流中分離第一組分，該方法包括：提供旋轉(zhuǎn)環(huán)面，該旋轉(zhuǎn)環(huán)面有至少一個圓形軌道，該圓形軌道與旋轉(zhuǎn)環(huán)面的內(nèi)徑操作連接；提供一組輪，該組輪布置在固定位置，并沿內(nèi)徑以角度增量分布，用于接觸該至少一個圓形軌道，其中，該組輪適合提供對于環(huán)面的靜負載的反作用力，且該組輪中的至少一個輪適合提供用于使環(huán)面旋轉(zhuǎn)的動力，而不由中心軸驅(qū)動或支承，其中，環(huán)面還包括：至少一個基本平坦的面，該面適合用作集成在吸附分離機器或多流選擇器閥中的至少一個滑動密封件或至少一個密封面的界面。在實施例中，吸附氣體分離器還能夠包括：多個吸附劑容器，這些吸附劑容器包含吸附劑接觸器；一組導(dǎo)管和導(dǎo)管連接器；用于驅(qū)動器和輪的支承結(jié)構(gòu)，該支承結(jié)構(gòu)支承環(huán)面以及定位該組導(dǎo)管和導(dǎo)管連接器，用于形成定子組件；以及密封組件，該密封組件包括與運動環(huán)面密封面接觸的柔性耐磨密封部件，密封組件經(jīng)受摩擦，其中，吸附氣體分離器適合與至少用于傳送供給流的導(dǎo)管、用于傳送再生流的導(dǎo)管、用于傳送產(chǎn)物流的導(dǎo)管和用于傳送廢物流的導(dǎo)管連接。在實施例中，該方法還包括：將動力從所述多個馬達傳遞到環(huán)面，用于運動所述多個容器；使所述多個容器與供給流導(dǎo)管和第一產(chǎn)物流導(dǎo)管流體連接；將所述多組分流體流作為供給流而引導(dǎo)到所述多個容器；使得所述第一組分吸附在所述多個容器的所述吸附劑上，用于形成相對于所述供給流耗盡所述第一組分的第一產(chǎn)物流；從所述多個容器中回收所述第一產(chǎn)物流，并將所述第一產(chǎn)物流引導(dǎo)到所述第一產(chǎn)物流導(dǎo)管中；使所述多個容器的所述吸附劑與所述第一再生流導(dǎo)管和所述第二產(chǎn)物流導(dǎo)管流體連接，并將第一再生流引導(dǎo)到所述多個容器；從所述多個容器中解吸所述第一組分，用于形成相對于所述供給流富含所述第一組分的第二產(chǎn)物流；從所述多個容器中回收所述第二產(chǎn)物流；以及將所述第二產(chǎn)物流導(dǎo)入所述第二產(chǎn)物流導(dǎo)管。